行业动态现代马铃薯加工——一些工艺上的思考
在过去的几年当中，中国马铃薯工业规模迅速扩大，业已建成了许多新的马铃薯淀粉厂。实际上中国在世界上已成为最大的马铃薯生产国， 并且期待着淀粉工业进一步地发展。一般而言，为了获得优良的淀粉质量和较高的淀粉收率，在新的规模扩大时，采用了现代化的技术和高效率 的设备。 在欧洲，马铃薯淀粉工业的发展和日益增加的环保立法，促使淀粉工业减少生物耗氧量(BOD)的负担以及废水量。为应对这些法规，技术上的 开发都是以回收废水中的蛋白和减少水的消耗为目标。在本文中，将简要地言及应用在马铃薯淀粉工业的基本工艺及其与水耗和蛋白回收有关的 特点。 用马铃薯生产淀粉的基本工艺 对从破碎到淀粉脱水的过程中各种工艺的比较进行叙述。所以有工艺的马铃薯的净化和清洗以及淀粉干燥都是相同的。
一、中国常用的工艺
破 碎
破碎是在高效、高速的锉磨机械上进行的。设备的运转速度为2l00rpm，视乎马铃薯的质量的不同，可获得96----98％的提取率。锉磨的马铃 薯浆被泵输送到淀粉提取系统。
淀粉提取、薯渣洗涤和脱水
淀粉的提取和薯渣的洗涤是在一个四级筛网离心机系统中进行。每个筛网离心机的组成为：一个旋转锥筛，在离心力的作用下，薯渣在锥筛 上脱水(淀粉得到提取)；一组洗水喷嘴，洗水连续喷在锥筛内的薯渣层上；一个带有内部卫生清洗(CIP)喷嘴的壳体，用于卫生清洗；以及一个驱 动装置。"脱水后的"薯渣从锥筛上以自身重力落入下部壳体，由一个特殊的薯渣泵输送到下一洗涤级。滤液(洗水和淀粉)用一个消沫泵输送到前 一洗涤级。四级离心筛与薯渣泵和消沫泵一起，用管道连接成为一个包括控制的整体单元。薯渣从第一级输送到第四级，同时洗水(和淀粉)以逆 流方式从第四级输送到第一级。如果薯渣毋须干燥，则将薯渣在下一台筛网离心机中进一步脱水到干基12----14％的干度。 如果薯渣需要干燥，则将薯渣在卧螺中进一步税水到干基20----22%。提取的淀粉，比重力4�5波美度，被输送到一个可隆除砂站，将泥沙 除去。对于保护淀粉浓缩器以及达到淀粉质量要求(与其有关的技术指标为灰分和斑点)，分离这些杂质是必要的。从除砂站，淀粉浆被输送到淀 粉浓缩器。
淀粉浓缩
淀粉的浓缩在碟片喷嘴离心机中进行更好。在该离心机中淀粉乳被离心力浓缩。 淀粉将被浓缩到16----17波美。溢流(细胞液和多余的水)通过离心机的溢流管离开离心机。这是系统的废水。由于此处为工艺中淀粉发生流 失的地方，因此有必要使用高效率的离心机使淀粉的损失减少到最低。(由于经济上的缘故)有时使用多管旋流器做为浓缩器，代替碟片喷嘴离心 机。浓缩的淀粉乳被输送到淀粉洗涤系统。（粗颗粒）淀粉洗涤/分级/细筛分第一次洗涤是在十级带15mm旋流管的多管旋流器系统中进行的。使 用15mm旋流管能够使淀粉发生分级：粗颗粒的淀粉走向旋流器的底流，而细颗粒的淀粉和细纤维走向溢流。粗颗粒淀粉与新鲜洗水相向逆流通过 十个洗涤级并从第十级的底流离开系统，浓度为2l----22波美。
细颗粒淀粉和细纤维与多余的水从第一级的溢流离开系统，并进入带有细筛网的离心筛，分离细纤维。分离的细纤维被加在薯渣里。余下的 （细颗粒）淀粉浆被泵输送到一组浓缩器。来自细筛网的淀粉浆为很稀的物料，2----3波美，在进一步处理前需要浓缩。浓缩是在一组三级多管 旋流器浓缩器中完成的。浓缩的细颗粒淀粉在一组八级装有10mm旋流管的多管旋流器系统进一步精制，并汇集到精制的粗颗粒淀粉中。浓缩的溢 流是工艺水，用于薯渣的洗涤。 上述淀粉洗涤系统的大范围洗涤，能够确保最高质量的马铃薯淀粉的连续生产。
淀粉脱水
在干燥前，淀粉的脱水是在一台残留滤饼型过滤机上进行的。该过滤机由以下部分组成：滤槽，精制淀粉由泵输入此处；带有滤布的转鼓， 与真空系统连接；以及一个驱动装置。随着转鼓的每次转动，滤槽中的淀粉被吸附在转鼓表面，淀粉层在真空的作用下脱水。转鼓旁并排固定的 可调节刮刀从淀粉滤饼上连续刮下0．05至0．3mm。脱水的淀粉被输送到淀粉干燥器。 过滤淀粉层(残留滤饼)每8----12个小时清除并再生，短时间内中断过滤机的操作。滤液返回到淀粉工艺。
二、带有卧螺离心机的工艺，用于部分细胞液的分离
马铃薯的破碎与上述工艺中的过程相同，但是挫磨的马铃薯不是输送到一个提取系统，而是输送到一个卧螺离心机。 用于细胞液分离卧螺离心机 卧螺离心机的组成为：带有螺旋输送器的水平圆柱状转子，以及驱动系统。马铃薯浆通过一个静止入口管进入转子，由一个特殊设计的分配 器平稳的加速。离心力的作用使得淀粉和纤维不断地沉降在转子壁上。螺旋输送器，其旋转的方向与转子相同，但是速度不同，将淀粉和纤维推 向锥体的尾端。通过离心力的作用，淀粉和纤维从液体中分离出来并脱水，通过卧螺离心机的固体卸料口排出。液体(细胞液)通过卧螺离心机转 子上较大轮毂端上的堰板溢出，并以靠重力进入卧螺离心机液体排料口。离开卧螺离心机的淀粉和纤维的干物质含量约为40％。在此工艺中，60- 62%的细胞液被卧螺离心机分离。余下的细胞液，带有淀粉和纤维，进入下游工序并从浓缩器的废水溢流中排出。后续的工艺与上述工艺一相同。
三、带有卧螺离心机的工艺，用于全部细胞液的分离
马铃薯的破碎与上述工艺一和工艺二中的叙述相同，但是，为了全部分离细胞液，挫磨的马铃薯浆由淀粉浓缩器的溢流稀释后，再输送到卧 螺离心机。 卧螺离心机的操作以及工艺的其它部分与上述工艺二相同。 四、带有两台卧螺离心机的工艺，用于全部细胞液的分离 马铃薯的破碎与上述工艺一工艺二、和工艺三中的叙述相同。在此工艺中，为了减少去下游工序的细胞液的流量，细胞液的分离采用了两台 串联使用的卧螺离心机。来自挫磨机的的马铃薯浆由第二台卧螺离心机的溢流稀释后，再输送到第一台卧螺离心机。第一台卧螺离心机的底流由 浓缩器的溢流稀释，并输送到第二台卧螺离心机。卧螺离心机的操作以及工艺的其它部分与上述工艺三相同。 与水耗和细胞液浓度有关的各种工 艺之间的比较对所工有艺而言，利用低水耗的优势是正确的。因为它减少了废水量，因而减少了处理废水的费用。
它同时还减少了不必要的流量 循环和相关的动力消耗。 在马铃薯淀粉工艺中引入卧螺离心机，是为了在较高浓度下分离细胞液，确保在经济上有效地回收蛋白。与高浓度细胞液系统相比，较低的 细胞液浓度将会需要较高的投资、较高的能耗以及较高的化学品消耗。无论如何，各个工艺的最终结果取决于物料平衡和所使用的各独立设备的 效率。鉴于此原因，我们根据下列数据(淀粉洗涤系统排料口的淀粉质量)，分别计算了上述四个工艺的物料平衡： 马铃薯成分 纤维质量 淀粉质量 水 77．5％ 干物质 14％ 干物质 58％ 淀粉 16．6% 淀粉 33％ 蛋白 O．1％ 蛋白 2．O％ 蛋白 4--6％ 注： ％基于干基 纤维 1．8％ 注：％基于干基 其它 2．1％ 注：％基于温的基础 此计算是根据下列的水耗数据做出的：每吨马铃薯消耗0．3， 0．5，0．7和1．0吨水。 计算的结果见图5的图表。图表显示，对于各种工艺，(干基)蛋白合量是水耗的一个函数。例如，在每吨马铃薯水耗0．6吨，淀粉洗涤系统的 进料处的蛋白合量分别为：工艺一3．5％、工艺二2．3％、工艺 三1．2％、工艺四0．4％时，为了达到精制淀粉中蛋白合量0．1％， 所要求 的稀释因数分别为：工艺一35、工艺二23、工艺三12、工艺四4。
在所有工艺中，较低的水耗增加了淀粉洗涤系统进料口处的蛋白令量，并且增加了在淀粉洗涤中所要求的稀释因数。淀粉洗涤系统的性能同 样也能表达为水耗与稀释因数的函数关系。该性能以下列类型的淀粉洗涤系统为依据计算： 1) 十级带15mm旋流管的多管旋流器粗颗粒淀粉洗涤系统和八级带l0mm旋流管的多管旋流器细颗粒淀粉洗涤系统(阿法拉伐系统)。 2) 带lOmm旋流管的八级多管旋流器站。 3) 三级碟片贺嘴离心机相应工艺的图线与相应洗涤系统的图线的交点代表该条件下的最低水耗。
结 论
由图5的图表能够得出以下结论：特定的工艺的最低水耗在很大程度上取决于所选用的淀粉洗涤系统的效率。淀粉洗涤系统的效率增加，则各 个工艺之间的最低水耗的差相应减小。最低水耗和相应的细胞液浓度以效率最高的淀粉洗涤系统(阿法拉伐系统)为基础计算，结果见图6。看来， 水耗和细胞液浓度差值较低时，对于规模巨大的工厂，结果显示较先进的工艺四是唯一可选择的工艺。工艺系统二的细胞液浓度最高，可以做为 较好的替代选择。在中国的环境条件下(工厂规模相对较小，没有蛋白回收)，工艺保持着最佳的经济性。
一、中国常用的工艺
破 碎
破碎是在高效、高速的锉磨机械上进行的。设备的运转速度为2l00rpm，视乎马铃薯的质量的不同，可获得96----98％的提取率。锉磨的马铃 薯浆被泵输送到淀粉提取系统。
淀粉提取、薯渣洗涤和脱水
淀粉的提取和薯渣的洗涤是在一个四级筛网离心机系统中进行。每个筛网离心机的组成为：一个旋转锥筛，在离心力的作用下，薯渣在锥筛 上脱水(淀粉得到提取)；一组洗水喷嘴，洗水连续喷在锥筛内的薯渣层上；一个带有内部卫生清洗(CIP)喷嘴的壳体，用于卫生清洗；以及一个驱 动装置。"脱水后的"薯渣从锥筛上以自身重力落入下部壳体，由一个特殊的薯渣泵输送到下一洗涤级。滤液(洗水和淀粉)用一个消沫泵输送到前 一洗涤级。四级离心筛与薯渣泵和消沫泵一起，用管道连接成为一个包括控制的整体单元。薯渣从第一级输送到第四级，同时洗水(和淀粉)以逆 流方式从第四级输送到第一级。如果薯渣毋须干燥，则将薯渣在下一台筛网离心机中进一步脱水到干基12----14％的干度。 如果薯渣需要干燥，则将薯渣在卧螺中进一步税水到干基20----22%。提取的淀粉，比重力4�5波美度，被输送到一个可隆除砂站，将泥沙 除去。对于保护淀粉浓缩器以及达到淀粉质量要求(与其有关的技术指标为灰分和斑点)，分离这些杂质是必要的。从除砂站，淀粉浆被输送到淀 粉浓缩器。
淀粉浓缩
淀粉的浓缩在碟片喷嘴离心机中进行更好。在该离心机中淀粉乳被离心力浓缩。 淀粉将被浓缩到16----17波美。溢流(细胞液和多余的水)通过离心机的溢流管离开离心机。这是系统的废水。由于此处为工艺中淀粉发生流 失的地方，因此有必要使用高效率的离心机使淀粉的损失减少到最低。(由于经济上的缘故)有时使用多管旋流器做为浓缩器，代替碟片喷嘴离心 机。浓缩的淀粉乳被输送到淀粉洗涤系统。（粗颗粒）淀粉洗涤/分级/细筛分第一次洗涤是在十级带15mm旋流管的多管旋流器系统中进行的。使 用15mm旋流管能够使淀粉发生分级：粗颗粒的淀粉走向旋流器的底流，而细颗粒的淀粉和细纤维走向溢流。粗颗粒淀粉与新鲜洗水相向逆流通过 十个洗涤级并从第十级的底流离开系统，浓度为2l----22波美。
细颗粒淀粉和细纤维与多余的水从第一级的溢流离开系统，并进入带有细筛网的离心筛，分离细纤维。分离的细纤维被加在薯渣里。余下的 （细颗粒）淀粉浆被泵输送到一组浓缩器。来自细筛网的淀粉浆为很稀的物料，2----3波美，在进一步处理前需要浓缩。浓缩是在一组三级多管 旋流器浓缩器中完成的。浓缩的细颗粒淀粉在一组八级装有10mm旋流管的多管旋流器系统进一步精制，并汇集到精制的粗颗粒淀粉中。浓缩的溢 流是工艺水，用于薯渣的洗涤。 上述淀粉洗涤系统的大范围洗涤，能够确保最高质量的马铃薯淀粉的连续生产。
淀粉脱水
在干燥前，淀粉的脱水是在一台残留滤饼型过滤机上进行的。该过滤机由以下部分组成：滤槽，精制淀粉由泵输入此处；带有滤布的转鼓， 与真空系统连接；以及一个驱动装置。随着转鼓的每次转动，滤槽中的淀粉被吸附在转鼓表面，淀粉层在真空的作用下脱水。转鼓旁并排固定的 可调节刮刀从淀粉滤饼上连续刮下0．05至0．3mm。脱水的淀粉被输送到淀粉干燥器。 过滤淀粉层(残留滤饼)每8----12个小时清除并再生，短时间内中断过滤机的操作。滤液返回到淀粉工艺。
二、带有卧螺离心机的工艺，用于部分细胞液的分离
马铃薯的破碎与上述工艺中的过程相同，但是挫磨的马铃薯不是输送到一个提取系统，而是输送到一个卧螺离心机。 用于细胞液分离卧螺离心机 卧螺离心机的组成为：带有螺旋输送器的水平圆柱状转子，以及驱动系统。马铃薯浆通过一个静止入口管进入转子，由一个特殊设计的分配 器平稳的加速。离心力的作用使得淀粉和纤维不断地沉降在转子壁上。螺旋输送器，其旋转的方向与转子相同，但是速度不同，将淀粉和纤维推 向锥体的尾端。通过离心力的作用，淀粉和纤维从液体中分离出来并脱水，通过卧螺离心机的固体卸料口排出。液体(细胞液)通过卧螺离心机转 子上较大轮毂端上的堰板溢出，并以靠重力进入卧螺离心机液体排料口。离开卧螺离心机的淀粉和纤维的干物质含量约为40％。在此工艺中，60- 62%的细胞液被卧螺离心机分离。余下的细胞液，带有淀粉和纤维，进入下游工序并从浓缩器的废水溢流中排出。后续的工艺与上述工艺一相同。
三、带有卧螺离心机的工艺，用于全部细胞液的分离
马铃薯的破碎与上述工艺一和工艺二中的叙述相同，但是，为了全部分离细胞液，挫磨的马铃薯浆由淀粉浓缩器的溢流稀释后，再输送到卧 螺离心机。 卧螺离心机的操作以及工艺的其它部分与上述工艺二相同。 四、带有两台卧螺离心机的工艺，用于全部细胞液的分离 马铃薯的破碎与上述工艺一工艺二、和工艺三中的叙述相同。在此工艺中，为了减少去下游工序的细胞液的流量，细胞液的分离采用了两台 串联使用的卧螺离心机。来自挫磨机的的马铃薯浆由第二台卧螺离心机的溢流稀释后，再输送到第一台卧螺离心机。第一台卧螺离心机的底流由 浓缩器的溢流稀释，并输送到第二台卧螺离心机。卧螺离心机的操作以及工艺的其它部分与上述工艺三相同。 与水耗和细胞液浓度有关的各种工 艺之间的比较对所工有艺而言，利用低水耗的优势是正确的。因为它减少了废水量，因而减少了处理废水的费用。
它同时还减少了不必要的流量 循环和相关的动力消耗。 在马铃薯淀粉工艺中引入卧螺离心机，是为了在较高浓度下分离细胞液，确保在经济上有效地回收蛋白。与高浓度细胞液系统相比，较低的 细胞液浓度将会需要较高的投资、较高的能耗以及较高的化学品消耗。无论如何，各个工艺的最终结果取决于物料平衡和所使用的各独立设备的 效率。鉴于此原因，我们根据下列数据(淀粉洗涤系统排料口的淀粉质量)，分别计算了上述四个工艺的物料平衡： 马铃薯成分 纤维质量 淀粉质量 水 77．5％ 干物质 14％ 干物质 58％ 淀粉 16．6% 淀粉 33％ 蛋白 O．1％ 蛋白 2．O％ 蛋白 4--6％ 注： ％基于干基 纤维 1．8％ 注：％基于干基 其它 2．1％ 注：％基于温的基础 此计算是根据下列的水耗数据做出的：每吨马铃薯消耗0．3， 0．5，0．7和1．0吨水。 计算的结果见图5的图表。图表显示，对于各种工艺，(干基)蛋白合量是水耗的一个函数。例如，在每吨马铃薯水耗0．6吨，淀粉洗涤系统的 进料处的蛋白合量分别为：工艺一3．5％、工艺二2．3％、工艺 三1．2％、工艺四0．4％时，为了达到精制淀粉中蛋白合量0．1％， 所要求 的稀释因数分别为：工艺一35、工艺二23、工艺三12、工艺四4。
在所有工艺中，较低的水耗增加了淀粉洗涤系统进料口处的蛋白令量，并且增加了在淀粉洗涤中所要求的稀释因数。淀粉洗涤系统的性能同 样也能表达为水耗与稀释因数的函数关系。该性能以下列类型的淀粉洗涤系统为依据计算： 1) 十级带15mm旋流管的多管旋流器粗颗粒淀粉洗涤系统和八级带l0mm旋流管的多管旋流器细颗粒淀粉洗涤系统(阿法拉伐系统)。 2) 带lOmm旋流管的八级多管旋流器站。 3) 三级碟片贺嘴离心机相应工艺的图线与相应洗涤系统的图线的交点代表该条件下的最低水耗。
结 论
由图5的图表能够得出以下结论：特定的工艺的最低水耗在很大程度上取决于所选用的淀粉洗涤系统的效率。淀粉洗涤系统的效率增加，则各 个工艺之间的最低水耗的差相应减小。最低水耗和相应的细胞液浓度以效率最高的淀粉洗涤系统(阿法拉伐系统)为基础计算，结果见图6。看来， 水耗和细胞液浓度差值较低时，对于规模巨大的工厂，结果显示较先进的工艺四是唯一可选择的工艺。工艺系统二的细胞液浓度最高，可以做为 较好的替代选择。在中国的环境条件下(工厂规模相对较小，没有蛋白回收)，工艺保持着最佳的经济性。
